井震结合开展陡坡型生物礁识别与精细刻画——以川西北剑阁区块为例

李润彤 张本健 温中林 王旭丽 孙志昀 胡 婧雷 明 马宇含 梅 杰

（1.中国石油西南油气田公司川西北气矿，四川 江油 621700；2.中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都 610041；3.中国石化江汉油田分公司清河采油厂，山东 寿光 262700）

0 引言

生物礁是由原地生长的造礁生物所营造的，能够抗击较强的风浪，地形上常呈凸起状的、独立的碳酸盐沉积体［1］。近年来四川盆地川西北剑阁地区生物礁气藏勘探开发不断取得突破，LG062-C1井钻遇上二叠统长兴组生物礁测试获101.2×104m3／d的高产工业气流，展现了剑阁区块生物礁气藏的勘探开发潜力。

对于生物礁地震预测，前期认为古地貌分析、振幅能量类、相干类及复数道分析类地震属性在研究区能较好地反映长兴组台缘生物礁的分布特征［2］。但剑阁地区由台内—台缘—斜坡—陆棚沉积相变化大，尤其是台内及台缘生物礁发育区存在各类沉积微相，导致地震波形和振幅能量变化复杂，相关地震属性的时窗选取会将各类沉积微相复杂的地震动力学特征包含在内，难以有效区分和寻找规律。其次，剑阁区块生物礁发育类型繁多，前期缺乏对各类生物礁开展地震剖面的有效识别和归类，从而无法指导下一步的精细解释工作。因此，以上技术系列在一定程度上受到地震资料品质、层位追踪精度，地震属性类型选取及时窗大小的影响［3］，仅对易识别的大型生物礁外部边界进行初步刻画，无法满足精细开发的需求。本次研究基于“高分辨率、高信噪比”处理资料，在生物礁地质发育模式和剖面特征归纳总结的指导下对长兴组顶界重新开展1×1 精细解释，并通过残余厚度法沉积古地貌恢复技术和三维可视化技术进行礁体刻画。此外，为了进一步消除层位解释精度及振幅能量和波形变化的复杂性对生物礁内部精细刻画带来的影响，笔者围绕礁体“上隆凸起”及礁间水道“下凸透镜”的几何特征，在多窗口倾角扫描和构造导向滤波的基础上采用几何类曲率体属性开展生物礁刻画。此方法可以对生物礁发育区边界及内部开展更加精细的刻画，其结果与实钻井吻合程度高。

1 区域地质概况

剑阁地区位于四川盆地西北部，处于上扬子陆块北缘与秦岭造山带结合部的米仓山台缘隆起断褶构造带前缘与川北低平褶皱带。二叠纪初，地壳全面下沉，上扬子古陆全被海水淹没，从晚二叠世早期开始，扬子准地台发生的局部张裂运动形成广元—旺苍—开江—梁平陆棚［4-5］。长兴期，剑阁地区位于开江—梁平陆棚西侧，主要发育开阔台地、台地边缘、前缘斜坡及陆棚相［6］，台缘斜坡带整体具有“南缓北陡、东缓西陡”的特征［7-9］。生物礁发育区沿台地边缘大规模展布，长兴组地层厚度相较于台内及斜坡—陆棚有明显的增厚现象，岩性主要为泥晶灰岩、生屑灰岩、礁灰岩、生屑白云岩等。根据长兴组生物礁发育区地质、测井特征，自下而上可划分出长一段、长二段、长三段，其中长兴组顶界以下长三段的生物礁最发育，厚度大、分布广［10］。

剑阁地区长兴组生物礁斜坡坡度超过了23°，最大可达40°，在沉积背景上属于陡坡型台地边缘礁滩相沉积，纵向多期次生物礁叠置生长，以堤礁和岛礁为主［11］，海平面及地貌变化控制了生物礁在旋回中的沉积位置和生物礁的横向迁移，由此导致生物礁发育模式复杂多样［12］，具有大小规模不一、纵向多期叠置、横向多排生长的特点。长一段生物礁不发育，主要为开阔台地相内堆积有地貌微隆起特征的风暴成因泥晶生物（屑）灰岩（礁基），为低能滩体沉积，且随着沉积地貌逐渐隆升发育局部高能生屑滩。长二段—长三段陆棚区快速坳陷，沉积分异加剧，在台盆分异及前期生屑滩堆积微隆起的双重因素影响下发育台缘沉积体系。沉积环境有利于生物礁的快速生长发育，各种造礁生物大量繁殖，区内生物礁体的生长发育模式受到了海平面相对变化的控制，当海平面快速上升时，造礁生物避免被“淹死”，后期礁在早期礁的基础上向陆退积生长。当海平面快速下降时，造礁生物为了寻找有利的生长环境避免“干死”，后期礁在早期礁的基础上则会向海盆方向迁移，形成向海盆进积生长的礁体。当海平面缓慢上升，可容空间与碳酸盐岩沉积速率基本保持一致时，礁体以垂向加积为主，形成未发生迁移的纵向叠置多期次孤立式礁体。此外，还有横向上连续生长发育的多个并列式礁体。

2 生物礁精细刻画

为了将不同规模和类型的礁体及礁间水道（潟湖）微相识别刻画出来，必须针对原始地震资料的不足开展高分辨率、高信噪比处理，进一步提高对地质现象细节的反映能力，在此基础上，开展井震结合，单井—剖面—平面生物礁特征识别和敏感地震属性刻画，以实现真正意义上的生物礁精细刻画。

2.1 地震资料“高分辨率、高信噪比”处理技术

通过对原始地震数据的分析认为，主要存在以下问题制约了资料品质：①单炮数据散射面波、线性干扰、异常振幅等噪声较重；②单炮纵向有效信号衰减较快，横向上不同炮和不同道之间都存在能量差异；③低降速层纵横向变化引起静校正问题；④叠前时间偏移速度场精度影响成像质量；⑤频谱较窄，主频较低难以满足礁体精细刻画及储层预测的地质需求。针对上述不足，笔者在“高分辨率、高信噪比”常规处理流程的基础上重点开展了：①近地表变网格初至波层析反演静校正参数优化试验，提高静校正量的精度；②低频扫描质控下的叠前分频分域高保真去噪，注重低频端的保护；③纵横向振幅补偿和多方法反褶积子波处理，消除不同单炮能量及地震子波的横向差异；④精细速度分析，加密速度控制点，进行常速和变速扫描，以此建立高精度叠加速度场，确保偏移归位准确。处理结果拓宽了原始资料频谱，主频得到提高，低频端有效信号得到较好地保护，处理成果频宽由20～45 Hz拓宽到10～60 Hz，主频由30 Hz提高到40 Hz（图1）。为后续生物礁发育区各类沉积微相的识别及刻画奠定了资料基础。

图1 地震资料“高分辨率、高信噪比”处理成果对比剖面图

2.2 生物礁的单井—剖面识别

生物礁的识别与精细刻画是基于生物礁地质认识及单井地震响应特征的基础上进行的。在利用“高分辨率、高信噪比”处理资料开展精细合成记录标定的基础上选取剑阁地区不同沉积相的典型钻遇井开展生物礁—滩地震剖面特征对比分析。LG62井为生物礁钻遇井，测试产量高，录井薄片可见串管海绵、卫根珊瑚等造礁生物，并发育明显的藻粘结结构，自然伽马（GR）曲线呈大段平直特征（图2），过井剖面可见长兴组地层地震反射时差明显增大，飞一段底界同相轴呈“上隆顶凸”丘状，储层发育且含气性较好时，长兴组底部会出现同相轴“下拉底凹”的反射特征且下拉程度与礁体厚度及测试产量成正比［13］，顶部具有“亮点”反射特征（图3a）。LG69 井为礁后生屑滩钻遇井，岩性以代表强水动力机械作用形成的内碎屑颗粒灰岩、亮晶生屑灰岩为主，缺乏坚固的礁骨架灰岩和造礁生物，电性曲线整体成锯齿状，无大段平直低GR曲线特征（图4），剖面上表现为低频、中—弱反射，同相轴隆起幅度较小，无明显的断续“亮点”反射特征（图3b）。台内潟湖常发育于台缘礁后，与广海连通性较差，属于低海平面之下的半封闭浅水沉积盆地，地震剖面上呈现中间厚度大，向两端减薄至尖灭的透镜状反射特征，台内礁与台内潟湖常伴生发育，潟湖上超一端发育局部微隆起、中—弱振幅、杂乱反射特征的台内点礁。礁间水道发育于礁体与礁体明显隆起之间，为下凸透镜状强振幅反射特征（图3c）。

图2 LG62井生物礁钻遇井柱状图

图3 剑阁区块生物礁发育区沉积相地震剖面对比图

图4 LG69井生屑滩钻遇井柱状图

在上述生物礁发育地质认识及单井地震响应特征的指导下，对剑阁地区生物礁发育类型开展了剖面识别和总结。研究认为，剑阁地区台缘生物礁主要发育横向并列式、纵向退积式、孤立式、纵向进积式4种类型的生物礁［14］（表1），此外，台内潟湖周边发育局部分布的小规模点礁。

表1 川西北剑阁区块生物礁发育模式表

2.3 利用残余厚度法沉积古地貌恢复技术和三维可视化技术精细刻画生物礁隆起

基于上述研究成果对全区长兴组顶界重新开展1×1网格化精细解释，并利用地层时间厚度的变化来间接指示生物礁的发育。在得到长兴组顶界的精细解释成果后，选择茅口组底界作为稳定辅助层拉平后开展残余厚度法沉积古地貌恢复并利用三维可视化技术更加直观地表示出多个地质体的相对空间关系，最大限度地明确生物礁的空间展布形态［15］。剑阁地区茅口组底—长兴组顶的时间厚度在三维空间中的展示（图5a）反映了生物礁带沿台缘呈厚层隆起状展布，局部放大可以清晰地看到LG63井区发育有连接成环状的、中心部分凹下成潟湖的大型环礁（图5b），LG62井区靠近斜坡发育两处小型环礁，向台内发育一排礁体（图5c），JM1井区发育平行于海岸线的两排礁体，整体隆起程度较低，台内发育一处斜列式点礁堆积带（图5d），礁体与礁体、礁体与礁间水道（潟湖）的接触关系清晰可辨，与实钻井对比分析，吻合程度较好。

图5 生物礁精细三维立体刻画图

2.4 基于多窗口倾角扫描开展几何类曲率体生物礁内部刻画

为了进一步消除层位解释精度及振幅能量和波形变化的复杂性对生物礁内部精细刻画带来的影响，还紧紧围绕礁体“上隆凸起”及礁间水道“下凸透镜”的几何特征，在多窗口倾角扫描和构造导向滤波的基础上开展大型环礁及堤礁内部多方法几何类曲率体属性刻画试验，结论认为，最大负曲率能较好地反映生物礁内部结构，这种方法受地震资料品质的影响较小，且更加客观真实。

随着地球物理算法的开发，多窗口倾角扫描技术可以在不用拾取层位的情况下计算地震反射界面的倾角和方位角，以减少对层位解释精度的依赖性。通常，利用垂直窗口进行倾角和方位角的估算比在拾取的层位上进行估算能提供更稳定的估算结果，生成的倾角体和方位角体是曲率体及构造导向滤波的基础。剑阁区块陡坡型生物礁在地震剖面上表现出“上隆顶凸”的丘状几何特征，长兴组顶界反射层倾角发生显著的变化，因此在包含长兴组顶时窗范围内的倾角最陡处和最缓处，利用相邻地震道时差及该层地震波速度计算倾角的最大及最小值，在此值范围内对整个工区该时窗内进行多窗口的倾角和方位角的扫描估算，单窗口扫描不能反映地层整体的真实倾角值，而多窗口扫描通过求取一定数量窗口内倾角相似程度最大的窗口对应的值作为当前分析点的倾角、方位角，提高了倾角体和方位角体的计算精度。

构造导向滤波利用了地层倾角和方位角沿地层进行定向性滤波，目的是为了提高地震数据的品质，使地震数据同相轴连续，同时岩性边界等特征更清楚。在此基础上提取的曲率体属性比从原始地震数据中直接提取的效果会更好，异常体边界刻画得更加清楚。生物礁表现为正曲率异常，呈透镜状的礁间水道和潟湖为负曲率异常，其绝对值大小可以反映生物礁和礁间水道凸起和下凹的弯曲程度，曲率绝对值越大，弯曲程度越高。

在上述生成的多窗口倾角扫描+构造导向滤波体的基础上开展长兴组顶界多种曲率体属性参数试验，其中最大负曲率能够很好地反映出礁体“上隆凸起”及礁间水道“下凸透镜”的几何特征，将二者区分开来。由最大负曲率属性图（图6）可以看出，橙红色区域为负曲率，代表礁体边界或者可能含水层的礁间水道，LG63 正眼井钻遇橙红色区域解释为纯水层。蓝色区域为正曲率即“瘤状”体代表生物礁发育区的上隆凸起形态，LG63 侧眼井钻遇蓝色区域测井解释108 m 气层。LG63 井区为一大型环礁，其内部垂直台缘带方向可以进一步刻画出多个并列式及向海进积式礁体，礁体之间发育礁间水道（图6a～图6b）。JM1井区堤礁内部可以进一步刻画两排与海岸线平行的礁体，礁体之间隔以潟湖（图6e）。LG62井区内部发育多个礁体，其中靠近斜坡礁体发育规模大，靠近台内第二排礁规模较小，LG062-H2井钻遇后排礁测试产量为66.26×104m3／d，与属性图吻合较好（图6c～图6d）。JM1 井钻遇礁后，未钻遇生物礁主体发育部位测试产量仅4.7×104m3／d，与属性图刻画结果吻合度较高（图6e～图6f）。整体上曲率属性平面图生物礁发育区与地震剖面吻合度较高，可指导下一步该区域开发井的高效部署。

图6 剑阁区块生物礁最大负曲率属性刻画图

2.5 应用与展望

川西北剑阁地区生物礁气藏整体开发程度较低，目前区内仅有一口稳定生产井。前期资源评价认为该区域潜在的天然气地质储量前景广阔，具备规模勘探开发的资源潜力。此轮针对生物礁的剖面识别分类及礁带内部的精细刻画，实现了不同规模和类型礁体的半定量—定量表征，可有效指导下一步生物礁气藏工艺井的部署工作，降低井位部署风险。

3 结论

1）在“高分辨率、高信噪比”地震资料和区内生物礁发育地质研究的基础上，井震结合对不同类型和规模的生物礁开展剖面识别、分类、刻画，再到全区的精细解释，认为剑阁区块共发育5种类型的生物礁。利用残余厚度法古地貌恢复技术和三维可视化技术精细刻画生物礁隆起细节，可以进一步明确剑阁区块台内— 台缘生物礁空间展布特征。

2）利用礁体“上隆凸起”及礁间水道“下凸透镜”的几何特征，开展基于多窗口倾角扫描+构造导向滤波+最大负曲率技术来精细刻画大型环礁和堤礁的内部特征，可以将礁体与水道的几何特征差异较好地区分开来，能有效弥补波形、振幅类属性对生物礁内部细节刻画得不足，基于本次刻画结果，认为全区大型礁带内部发育多个“瘤状”礁体，具备规模开发潜力。